Язиков Е.Г., Шатилов А.Ю. Геоэкологический мониторинг

Подождите немного. Документ загружается.

141

При мониторинге почв используется способ определения

техногенной загрязненности почвенного покрова тяжелыми металлами

группы железа (Патент № 2133487), который не позволяет

дифференцированно изучать наиболее загрязненные участки на уровне

вещественного состава, а также известны исследования в виде метода

техногенной магнитной метки. Этот метод основан на количественной

оценке запасов и профильного распределения в почвах сферических

магнитных частиц (СМЧ), который был применен к луговым слитизи-

рованным почвам надпойменной террасы р. Миссисипи и расположен-

ных на ней курганов 1000-летнего возраста (Геннадиев и др., 2002; Hus-

sain, Olson, Jones, 1998; Jones, Olson, 1990). Авторами в ходе

мониторинга загрязнения почвенного покрова на примере территории

г.Томска был получен определенный опыт исследований (Язиков, 1994;

Язиков и др., 2001). В процессе

изучения вещественного состава проб

почв были обнаружены частицы природно-техногенного происхожде-

ния. С помощью рентгено-структурного анализа была проведена точная

диагностика всех природных компонентов почв в виде минеральных

образований (кварц, альбит, микроклин, гематит, гетит, слюда,

монтмориллонит, каолинит, гипс, хлорит). В таблице 4.3.4 приводится

часть этих данных.

Таблица 4.3.4

Типовая характеристика частиц в

почвенном покрове Кировского рай-

она г.Томска

Номер пробы

5 9 16 37 19

Описание

частиц

Сод.,

Размер,

мм

Сод.,

Размер,

мм

Сод.,

Размер,

мм

Сод.,

Размер,

мм

Сод.,

Размер,

мм

Кварц

бесцветный

10 1-0,2 57 0,8-0,2 8 0,7-0,1 70 1-0,6 30 1-0,3

Альбит светло-

серого цвета

25 0,7-0,1 15 0,8-0,3 12 0,6-0,2 - - 15 1-0,3

Микроклин

буро-желтого

цвета

48 1-0,5 10 1-0,1 30 0,9-0,2 5 1-0,4 17 1-0,3

Слюда черного

цвета

7 0,7-0,3 3 1-0,5 7 0,6 - - 3 0.7-0,3

Сферулы

металлические

черного цвета

5 0,5-0,1 7

0,8-

0,03

23 1-0,02 17 1-0,5 25 1-0,2

142

Сферулы

стекловидные

серого и

белого цвета

3 0,4-0,2 5 0,8-0,5 7

0,8-

0,15

3 0,4-0,2 5 1-0,3

Другие

частицы

2 1-0,15 3 1-0,01 13 1-0,5 5 0,8-0,2 5 1-0,3

Примечание: в таблице представлена характеристика отдельных проб

По данным изучения проб почв из техногенных составляющих

были выделены в основном хорошо сохранившиеся металлические

Рис. 4.3.2. Металлические сферулы черного цвета размером в диаметре от сотых

долей мм до 1 мм, характерные для чугунолитейного производства.

а)

б)

Рис. 4.3.3. Стекловидные сферулы серого (а) и белого (б) цвета размером от

десятых долей мм до 1 мм, характерные для производств теплоэнергетического

комплекса.

143

сферулы черного цвета размером в диаметре от сотых долей мм до 1

мм, характерные для чугунолитейного производства (рис. 4.3.2).

Изучение отходов производства чугунолитейного цеха

открытого акционерного общества (ОАО) «Сибэлектромотор»

позволило выделить анологичные образования. Последующее их

совместное исследование на микроэлементном уровне с помощью

лазерного микроанализатора (LMA-10) позволило установить их

идентичность по химическому составу с преобладанием

железа,

марганца, титана, алюминия и кремния. Второй тип частиц был

представлен стекловидными сферулами серого и белого цвета размером

от десятых долей мм до 1 мм, характерных для производств

теплоэнергетического комплекса (рис. 4.3.3).

В таблице 4.3.4 приводится часть этих данных. Остальные

техногенные составляющие в виде углистых, сажистых и биогенных

образований были выявлены в единичных

пробах и в незначительном

количестве. По полученным данным была построена схема, на которой

выделили участки максимального загрязнения металлическими

сферулами черного цвета (рис. 4.3.4).

144

Участки максимального загрязнения отражают специфику

предприятий с его чугунолитейным производством. По результатам

исследования были установлены участки загрязнения почвенного

покрова на территории Кировского района г.Томска и выявлены

предприятия-загрязнители, среди которых ОАО «Сибэлектромотор»

(«Сибэлектромотор»), ОАО «Манометр» («Манометр»), Томский

электро-механический завод (ТЭМЗ), Томский электро-ламповый завод

(ТЭЛЗ), Томский электро-технический

завод (ТЭТЗ) и Томский

инструментальный завод (ТИЗ).

Рис. 4.3.4. Схема распределения металлических сферул черного цвета в

почвенном покрове территории Кировского района г. Томска. Цифровые

значения указывают величину процентного содержания техногенных

составляющих. Затемненные участки выделяют области аномального загрязнения

почвенного покрова. Области заштрихованные в клетку – территории

промышленных предприятий.

145

4.4. Мониторинг поверхностных и подземных вод

4.4.1. Общая характеристика

Мониторинг водных ресурсов проводится в рамках

государственного водного кадастра. Учёт водных ресурсов (кроме

подземных) и наблюдение за режимом велись на сети

гидрометеорологических обсерваторий, станций и постов Росгидромета

по единой в стране системе. Роскомвод обеспечивает на предприятиях,

в организациях и учреждениях контроль правильности учёта количества

вод, забранных из водоисточников, сброса в них

использованных вод,

осуществляя учёт использования вод.

Государственный учёт подземных вод (в том числе и

эксплуатационных запасов) осуществляют организации Министерства

природных ресурсов России. Контролю подлежат количество

отбираемых питьевых и технических вод и распределение этого отбора

по видам использования. В связи с тем, что водопользователи

отчитываются нерегулярно, а водозаборы обследуются периодически

(один

раз в 5-6 лет), получаемые данные приблизительны.

При мониторинге гидрогеологические исследования направлены

на изучение гидрогеохимических и гидродинамических параметров и

процессов, определяющих состояние и динамику поверхностной и

подземной гидросферы и непосредственно воздействующих на

природную среду.

Согласно постановления Правительства от 23.11.96. №1404 ,,Об

утверждении положения о водо-охранных зонах водных объектов и о их

прибрежных защитных полосах, устанавливаются водо-охранные зоны

для:

Рек длиной до 10 км – водо-охранная зона 50 м;

длиной от 10 до 50 км – водо-охранная зона 100 м;

длиной от 50 до 100 км - водо-охранная зона 200 м;

длиной от 100 до 200 км - водо-охранная зона 300 м;

длиной от 200 до 500 км - водо-охранная зона 400 м;

длиной более 500 км

- водо-охранная зона 500 м.

Озер, площадью 2 кв. км - водо-охранная зона 300 м;

площадью более 2 кв. км - водо-охранная зона 500 м.

Задачи при мониторинге:

• Наблюдение и контроль за уровнем загрязнения водоемов по физико-

химическим и гидробиологическим показаниям;

• Изучение динамики загрязняющих веществ с целью составления

прогнозов;

146

• Выявление закономерностей процессов самоочищения и накопления

загрязняющих веществ в донных отложениях;

• Изучение закономерностей выноса загрязнений через устье рек с це-

лью определения их баланса в водоемах.

4.4.2. Мониторинг поверхностных вод

Пункты мониторинга организуют в первую очередь на водоемах

и водотоках, имеющих народнохозяйственное значение, а также под-

верженных значительному

загрязнению промышленными, хозяйствен-

но-бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами (Методиче-

ские …, 1985). Наблюдения ведутся через стационарные и временно-

экспедиционные посты.

Располагаются пункты контроля с учетом размещения потенци-

альных источников загрязнения, выявляемых экспедиционными наблю-

дениями. Последние представляют собой, как правило, разовые иссле-

дования состояния рек, целью которых является визуальный осмотр со-

стояния водотоков

, уточнение мест и режима сброса сточных вод, их

количество и состав, определение створа полного смешения речных и

сточных вод, выявление характерных для данного пункта загрязняющих

веществ путем анализа единичной пробы воды. В пункте контроля ор-

ганизуют один или несколько створов. Обычно при наличии организо-

ванного сброса сточных вод один створ

располагают на 1 км выше

сброса сточных вод (он считается фоновым), другие – ниже. При выборе

местоположения последних обычно учитывают особенности смешения

сточных и речных вод, т.е. нижний створ располагают, как правило, в

зоне практически полного смешения. При наличии группы источников

загрязнения верхний створ (фоновый) располагают выше первого ис-

точника, нижний – ниже

последнего. Количество опробуемых вертика-

лей в створе определяется условиями смешения: при неоднородном хи-

мическом составе в створе устанавливается не менее трех вертикалей –

на стрежне и у берегов; при однородном распределении опробуется од-

на вертикаль – на стрежне реки (Методические …, 1985).

На неглубоких водотоках (до 2-3 м) пробы воды на створах на-

блюдения отбираются

с глубины 0,2–0,5 м. При небольшой ширине

русла (до 20–30 м) опыт показывает возможность отбора одной такой

пробы в центре потока (на стрежне). Но более оправдан на всех водото-

ках отбор трех проб (на стрежне и ближе к берегам), которые затем ус-

редняются на месте отбора. При работах на очень крупных реках воз

можен отбор проб с различных горизонтов. Как правило, пробы берутся

по трем вертикалям (на стрежне и ближе к берегам) с трех уровней (по-

147

верхностный, срединный и придонный). Пробы в этом случае в зависи-

мости от поставленной цели могут анализироваться раздельно, либо ус-

редняться на месте отбора. На малых и средних реках эффективен отбор

смешанных (осредненных) на месте проб. На больших реках, особенно

при существующих различиях в антропогенном освоении берегов, же-

лателен раздельный анализ отбираемых

проб. Важно отметить, что

нельзя произвольно менять от створа к створу точки опробования. Про-

бы должны всегда отбираться в определенном положении к водотоку, с

учетом его гидродинамики и скорости воды (Методические …, 1985).

В зависимости от размера водотока и численности населения го-

рода, пункты контроля подразделяют на четыре категории, различаю-

щиеся периодичностью

контроля качества воды и его программой (табл.

4.4.1).

Таблица 4.4.1

Периодичность проведения контроля и виды программ контроля по

гидрохимическим показателям в системе ОГСНК

(Методические …, 1984)

Категории пункта контроля

Периодичность

проведения кон-

троля

1 2 3 4

Ежедневно

Сокращенная

программа 1

Визуальные на-

блюдения

- -

Ежедекадно

Сокращенная

программа 2

Сокращенная про-

грамма 1

- -

Ежемесячно Сокращенная программа 3 -

В основные фазы

водного режима

Обязательная программа

Примечание: 1) Обязательная программа: расход воды, скорость течения,

визуальные наблюдения, цветность, температура, прозрачность, запах,

растворенный в воде кислород и углекислый газ, мутность, рН, Eh, хлориды,

сульфаты, гидрокарбонаты, Ca

, Mg

, Na

, K

, общая минерализация, ХПК, БПК

, NO

, NH

, фосфаты, общее железо, кремний, нефтепродукты, СПАВ,

фенолы, металлы (определяются в зависимости от профиля предприятия); 2)

Сокращённая программа 1: расход, визуальные наблюдения, температура,

растворенный в воде кислород, удельная электропроводность; 3) Сокращённая

программа 2: расход воды, визуальные наблюдения, температура, рН, удельная

электропроводность, мутность, ХПК, БПК

, концентрация 2-3-х загрязняющих ве-

ществ, основных в данном пункте; 4) Сокращённая программа 3: расход воды, ско-

рость течения, визуальные наблюдения, температура, рН, мутность, растворенный в

148

воде кислород, ХПК, БПК

, концентрация всех загрязняющих воду в данном пункте

контроля веществ. Контроль за распределением металлов и других химических эле-

ментов (в том числе компонентов общесолевого состава) проводится в основные фа-

зы водного режима или ежемесячно.

4.4.3. Мониторинг подземных вод

Пробы воды из наблюдательных несамоизливающихся скважин

выполняют с помощью погружных насосов или методом

желонирования. В последнем случае достоверность информации

ограничивается результатами определения компонентов, не

изменяющих свойств при контакте с атмосферой. Воды колодцев могут

быть отнесены к подземным лишь условно, так как они в той или иной

мере аэрированы, взаимодействуют со стенками колодца, часто

содержат несвойственные подземным водам соединения из-за

присутствия посторонних предметов, хлорирования. Перед отбором

застойные колодцы необходимо прокачать, интенсивно

эксплуатируемые можно не прокачивать. Объем пробы, отбираемой для

определения суммарной альфа- и бета-активности, должен составлять

не менее 1,5-2,0 л. Емкость, в которую отбирают и в которой

хранят

воду, не должна являться источником загрязнения пробы посторонними

веществами или утраты ее отдельных компонентов вследствие

взаимодействия с материалом сосуда, испарения. Предпочительно

использовать емкости из полиэтилена, фторопласта или

поликарбонатных полимеров, с герметичными винтовыми пробками из

тех же материалов или с изопреновыми прокладками. Нежелательно

использование пробок из резины. Непосредственно после отбора

сосуд с пробой добавляют консервант (азотную кислоту) из расчета 10

мл концентрированной кислоты на 1 литр пробы, достигая рН <1.

Максимальная продолжительность хранения пробы с консервантом не

должна превышать 2-х недель, при этом пробу хранят в темноте при

температуре 3-7

С. В любом случае необходимо по возможности

сократить время от отбора до измерения пробы. В исключительных

случаях можно обойтись без консервантов, однако, интервал между

отбором и анализом пробы не должен превышать 1-2 суток. Емкости с

отобранными пробами должны быть четко промаркированы и

доставлены в лабораторию в возможно короткое время. В рабочем

журнале

фиксируют номер пробы, дату, место и условия отбора,

внешний вид воды, количество и тип консерванта (Методические …,

1985; Гольдберг и др, 1987).

149

Подземные воды, вскрытые шурфами или скважинами, а также

поверхностные воды, анализируются как непосредственно у

водопункта, так и в стационарных условиях. Непосредственно у

водопункта (по скважинам после предварительной пробной откачки)

производится определение щелочно-кислотного показателя (рН),

концентраций растворенного кислорода, сероводорода, свободной

углекислоты, закисного и окисного железа, закиси и окиси азота и

других

элементов, замеряется окислительно-восстановительный

потенциал, температура, дебит, фильтрационно-ёмкостные свойства

горных пород (коэффициенты фильтрации и пьезопроводности),

параметры пористости (общая, открытая, проточная), абсолютные

отметки статических уровней до начала эксплуатации, положение

пьезометрической (напорные условия) или гипсометрической

(безнапорные условия) поверхности подземных вод (пьезометр, замеры

уровней в скважинах, абсолютные отметки устьев, глубинные уровни),

мощность

коллекторов. Определение общей минерализации, макро- и

микрокомпонентного состава вод (HCO

, CO

, SO

, Cl

, NO

, F

, J

, B

, Si, Ca

, Mg

, Na

, K

, Sr

, Ba

, Fe

, Mn

, NH

, Al

, Zn

, Pb

, Mo

, As

, Bi

, а также U, Ra, Th), газов (O

, CO

, H

Rn, He), органики (С

общ

, гуминовые, фульво- кислоты, фенолы,

нефтепродукты, органика водорастворенная, органическое вещество,

жирные кислоты (муравьинная, уксусная) выполняется в стационарных

условиях, для чего проводится отбор водных проб в полиэтиленовые

канистры объемом 2-2,5 литров. Отобранные пробы должны

консервироваться концентрированной азотной кислотой в количестве

10 мл на 1 л воды.

При проведении гидрогеологических исследований особое

внимание следует обратить на

изучение защитных свойств пород зоны

аэрации путем определения их сорбционных параметров. Косвенным

показателем условий миграции загрязняющих веществ через зону

аэрации может являться распределение их концентрации в

вертикальном разрезе. Пробы на определение сорбционных параметров

отбираются из пылеватых и глинистых грунтов, анализу подлежат

также алевролитовая и пелитовая фракции песчаных и крупнозернистых

отложений.

Должна быть опробована каждая литологическая разность

пород; в интервале 0–1 м пробы отбираются в среднем через 0,25 м, до

уровня грунтовых вод первые 10 м через 0,5 м и далее через 1 м и с

контактов пород. Натурное изучение сорбционных параметров

производится на специальных типовых участках с характерным

геолого-литологическим разрезом в зоне максимального воздействия

проектируемого

предприятия.

150

Опытно-миграционные работы позволяют получить количест-

венные параметры миграции загрязнителя в водоносных пластах, что

дает возможность проводить соответствующие расчеты, делать прогно-

зы, моделировать процессы загрязнения подземных вод. Суть рассмат-

риваемого метода заключается в запуске в водоносные горизонты хи-

мически инертных веществ или тепловых трассеров-индикаторов через

приемные скважины и слежение за

их перемещением в водоносном пла-

сте (Кирюхин и др., 1993).

4.4.4. Отбор проб и пробоподготовка

На малых и средних реках поверхностные пробы воды отбира-

ются специально предназначенными для этой цели белым полиэтилено-

вым или винипластовым ведром. На более крупных реках, особенно при

отборе с глубин, применяются различные виды винипластовых бато-

метров

. Общим требованиям, предъявляемым к сосудам и емкостям для

транспортировки и хранения проб, лучше всего отвечает полиэтилено-

вая посуда (Алекин и др., 1973) или емкости из прозрачного, бесцветно-

го химически стойкого стекла (Унифицированные …, 1971). Более

практичной, особенно на этапе отбора и транспортировки проб, являет-

ся полиэтиленовая посуда.

Емкости и приборы, используемые при отборе

и транспортиров-

ке проб, перед использованием тщательно моются концентрированной

соляной кислотой. Для обезжиривания используют синтетические

моющие вещества. Остатки использованного для мытья реактива пол-

ностью удаляют тщательной промывкой емкостей водопроводной и

дистиллированной водой. Подобную процедуру рекомендуется прово-

дить периодически. При отборе пробы емкости следует несколько раз

ополаскивать исследуемой водой. При отборе пробы

емкости следует

несколько раз ополаскивать исследуемой водой. При проведении работ

обычно определенные емкости закрепляют за конкретными створами.

Это значительно снижает вероятность вторичного загрязнения пробы.

Недопустим отбор проб воды приборами и емкостями из металла или с

металлическими деталями и их хранение перед анализом в металличе-

ских контейнерах.

Объем пробы воды зависит

от определяемых компонентов и ме-

тода установления их концентрации. В пробах, непосредственно на

месте отбора, определяют величину рН. В случае анализа воды на Cu,

Zn, Pb, Ni, Co, U, Ra, проводят подкисление соляной кислотой (3 мл на 1

л воды), а в пробах, подвергаемых анализу на Hg и Ag – серной кисло-